CN109870700A - 一种激光雷达、设备及激光雷达安装角度的校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光雷达、设备及激光雷达安装角度的校准方法。所述激光雷达包括：倾角传感器、控制器、驱动器以及扫描器；其中，所述倾角传感器、所述控制器、所述驱动器和所述扫描器依次串联；所述倾角传感器用于检测所述激光雷达的安装角度；所述控制器用于根据所述安装角度以及所述扫描器发射出的激光束的目标倾角获得所述扫描器的实际偏转角度，并生成携带所述实际偏转角度的驱动指令；所述驱动器用于根据所述驱动指令驱动所述扫描器偏转所述实际偏转角度。本发明实施例提供的技术方案，实现对激光雷达安装误差的自动补偿，无人工消耗工时短，且测量及调试精度较高。

Description

一种激光雷达、设备及激光雷达安装角度的校准方法

技术领域

本发明实施例涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达、设备及激光雷达安装角度的校准方法。

背景技术

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，相较于普通微波雷达，激光雷达由于使用的是激光束，其工作频率高了许多，具有分辨率高、隐蔽性好、抗干扰能力强、体积小以及质量轻等优势。

激光雷达通常安装于固定平面上使用，例如，安装于车辆顶部，受安装环境等条件的影响，会出现安装误差，安装误差会影响激光雷达的探测范围，尤其是俯仰误差，影响更为显著。现有技术中，激光雷达安装完成后，采用人工方式进行倾角的测量，发现安装误差同样采用人工方式进行调试，上述方式人工消耗量较大，工时长，且测量及调试精度较低。

发明内容

本发明提供一种激光雷达、设备及激光雷达安装角度的校准方法，以实现激光雷达安装误差的自动校准。

第一方面，本发明实施例提供了一种激光雷达，包括：

倾角传感器、控制器、驱动器以及扫描器；

其中，所述倾角传感器、所述控制器、所述驱动器和所述扫描器依次串联；

所述倾角传感器用于检测所述激光雷达的安装角度；

所述控制器用于根据所述安装角度以及所述扫描器发射出的激光束的目标倾角获得所述扫描器的实际偏转角度，并生成携带所述实际偏转角度的驱动指令；

所述驱动器用于根据所述驱动指令驱动所述扫描器偏转所述实际偏转角度。

第二方面，本发明实施例还提供了一种设备，包括上述第一方面所述的激光雷达，以及本体，所述激光雷达安装于所述本体上。

第三方面，本发明实施例还提供了一种激光雷达安装角度的校准方法，应用于上述第一方面所述的激光雷达，该校准方法包括：

所述倾角传感器检测所述激光雷达在安装平面上的安装角度；

所述控制器根据所述安装角度以及所述扫描器发射出的激光束的目标倾角，获得所述扫描器的实际偏转角度，并生成携带所述实际偏转角度的驱动指令；

所述驱动器根据所述驱动指令控制所述扫描器偏转所述实际偏转角度。

本发明实施例提供的激光雷达包括倾角传感器、控制器、驱动器以及扫描器，其中，倾角传感器、控制器、驱动器和扫描器依次串联，倾角传感器用于检测激光雷达的安装角度，控制器用于根据安装角度以及扫描器发射出的激光束的目标倾角获得扫描器的实际偏转角度，生成携带实际偏转角度的驱动指令，驱动器用于根据驱动指令驱动扫描器偏转实际偏转角度，使得对于存在安装误差的激光雷达，控制器能够采用倾角传感器检测出的激光雷达的安装角度校正扫描器的偏转角度，进而扫描器偏转后发出的激光束的在垂直于安装平面的方向上的倾角能够等于目标倾角，实现对激光雷达安装误差的自动补偿，无人工消耗工时短，且测量及调试精度较高。

附图说明

为了更加清楚地说明本发明示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本发明所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种激光雷达的结构框图；

图2是本发明实施例提供的一种激光雷达的安装方式示意图；

图3是本发明实施例提供的又一种激光雷达的安装方式示意图；

图4是本发明实施例提供的又一种激光雷达的框图；

图5是本发明实施例提供的一种设备的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种激光雷达安装角度的校准方法的流程示意图；

图7是本发明实施例提供的又一种激光雷达安装角度的校准方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

图1是本发明实施例提供的一种激光雷达的结构框图。如图1所示，激光雷达10包括倾角传感器100、控制器200、驱动器300以及扫描器400，其中，倾角传感器100、控制器200、驱动器300和扫描器400依次串联。

具体的，倾角传感器100用于检测激光雷达10的安装角度，控制器200用于根据安装角度以及扫描器400发射出的激光束的目标倾角获得扫描器400的实际偏转角度，生成携带实际偏转角度的驱动指令，驱动器300用于根据驱动指令驱动扫描器400偏转实际偏转角度。

需要说明的是，激光雷达10的安装误差主要包括俯仰误差和侧倾误差，其中，俯仰误差会导致激光束的中轴线在垂直于安装平面的方向上的倾角发生变化，进而对激光束的扫描范围产生较大的影响，本实施例的技术方案用于补偿俯仰误差，暂不考虑侧倾误差。

值得注意的是，本实施例中扫描器400在垂直于安装平面的方向进行偏转。

具体的，图2是本发明实施例提供的一种激光雷达的安装方式示意图。如图2所示，激光雷达10的激光发射端扬起，导致激光束101的中轴线111偏离安装平面102的平行方向，产生上仰误差，属于俯仰误差的一种。图3是本发明实施例提供的又一种激光雷达的安装方式示意图。如图3所示，激光雷达10中与激光发射端相对的一端扬起，导致激光束101的中轴线111偏离安装平面102的平行方向，产生下俯误差，属于俯仰误差的一种。

下面以图2为例具体说明本实施例的误差补偿原理。参见图2，激光雷达10的激光发射端扬起后，激光束101的中轴线111与安装平面102平行方向之间的产生夹角a，即激光束101的初始角度不为0，实际操作中，将产生激光束101的扫描器向安装平面102一侧偏转角度a即可补偿上述安装误差。具体的，在激光雷达10内部，倾角传感器检测出上述角度a并传输给控制器，控制器根据角度a和目标倾角计算出扫描器应该偏转的实际角度，并控制驱动器驱动扫描器进行对应的偏转即可。

需要说明的是，目标倾角为最终应实现的激光束101中轴线111与安装平面102平行方向之间的夹角。示例性的，激光束101中轴线111与安装平面平行时，目标倾角为0°，激光束101的扫描范围为-15°至+15°；激光束101中轴线111与安装平面之间的夹角为-5°时，目标倾角为-5°，激光束101的扫描范围为-10°至+20°，可见，目标倾角与激光束101的扫描范围相关，因此，在实际应用中，为获得激光束的目标扫描范围，需要对目标倾角进行调节。

可选的，激光束101中轴线111与安装平面102平行方向之间的夹角包括正值和负值，示例性的，激光束101中轴线111位于第一直线103远离安装平面102一侧时，激光束101中轴线111与安装平面102平行方向之间的夹角为正值，激光束101中轴线111位于第一直线103靠近安装平面102一侧时，激光束101中轴线111与安装平面102平行方向之间的夹角为负值，其中，第一直线103为穿过扫描器的激光发射中心且平行于安装平面102的直线。此时，扫描器的实际偏转角度等于目标倾角与激光雷达10俯仰误差角度之差。对应的，控制器包括减法器，用于进行上述减法运算，以根据目标倾角和倾角传感器检测出的角度获得扫描器的实际偏转角度。

示例性的，目标倾角为-4°，倾角传感器检测出的俯仰安装误差角度为4°，则扫描器400的实际偏转角度b＝-4-4＝-8°,即向靠近安装平面102一侧偏转8°。在另一实施例中，目标倾角为5°，倾角传感器100检测出的俯仰安装误差角度为4°，则扫描器400的实际偏转角度b＝5-4＝1°,即向远离安装平面102一侧偏转1°。

还需要说明的是，倾角传感器检测出的激光雷达10的安装角度可以为俯仰误差和侧倾误差的合量，也可以仅包含俯仰误差，本实施例对此不作具体限定，但需要注意的是，若为前者，则控制器在接收到倾角传感器的检测结果后，还需要从该检测结构中分离出俯仰误差分量。

本实施例提供的激光雷达10包括倾角传感器100、控制器200、驱动器300以及扫描器400，其中，倾角传感器100、控制器200、驱动器300和扫描器400依次串联，倾角传感器100用于检测激光雷达10的安装角度，控制器200用于根据安装角度以及扫描器400发射出的激光束101的目标倾角获得扫描器400的实际偏转角度，生成携带实际偏转角度的驱动指令，驱动器300用于根据驱动指令驱动扫描器400偏转实际偏转角度，使得对于存在安装误差的激光雷达10，控制器200能够采用倾角传感器100检测出的激光雷达10的安装角度校正扫描器400的偏转角度，进而扫描器400偏转后发出的激光束101在垂直于安装平面102的方向上的倾角能够等于目标倾角，实现对激光雷达10安装误差的自动补偿，无人工消耗工时短，且测量及调试精度较高。

可选的，控制器200还用于比较实际偏转角度与预设角度的大小，并在确定实际偏转角度小于或等于预设角度时，执行生成携带实际偏转角度的驱动指令的操作。

示例性的，预设角度可以为10°。

需要说明的是，过大的安装误差即便补偿成功，其安装尺寸的变化还是会导致其占用空间增大，因此，本实施例较佳的设置预设角度为10°，以实现在较小安装误差范围内的安装误差补偿。

可选的，控制器200可以包括比较器，以实现上述比较实际偏转角度与预设角度大小的操作。

需要说明的是，扫描器400的可偏转角度有限，当激光雷达10的安装误差过大时，将无法再通过本实施例的技术方案进行安装误差的补偿，需要人为调动激光雷达10的安装位置，因此，本实施例设置控制器200在获得扫描器400的实际偏转角度后，可以先将实际偏转角度与预设角度进行比较，当实际偏转角度小于预设角度，即扫描器400能够实现对应偏转时，在进行后续控制操作。

进一步的，控制器200还用于在确定实际偏转角度大于预设角度时，生成并输出报警信息。

需要说明的是，实际偏转角度大于预设角度时，实际偏转角度超出了扫描器400的可偏转角度范围，扫描器无法实现对应的偏转，此时，控制器200将生成的报警信息传输至外部控制单元，以提示操作人员人工调整激光雷达的安装角度。

示例性的，外部控制单元可以为车载控制器、笔记本电脑或手机等电子装备。

图4是本发明实施例提供的又一种激光雷达的框图。如图4所示，在图1所示激光雷达10的基础上，本实施例中的激光雷达10还包括通信接口500，通信接口500用于将从外部输入的目标倾角传输给控制器200。

还需要说明的是，目标倾角可以为控制器200内存储的一个或多个按预设顺序输出的角度，也可以为外部输入的角度。对于后者，目标倾角可从外部控制单元输入，控制器200通过通信接口500与外部控制单元连接，以进行目标倾角和报警信息在外部控制单元和控制器200之间的传输。

目标倾角从通信接口500输入的方式能够提升激光雷达10的适用范围，操作人员能够根据实际需要选择合适的目标倾角，并将该倾角通过通信接口500输入至控制器200。

可选的，通信接口500可以复用为激光雷达10的网络接口。

需要说明的是，上述设置方式使得无需设置专用的通信接口500，一方面降低了激光雷达10的制备难度，简化了激光雷达10的结构，另一方面，避免了单独设置的通信结构占用激光雷达10内部空间，增大激光雷达10的尺寸。

可选的，通信接口500可以为无线通信接口。

需要说明的是，这样的设置使得外部控制单元能够与激光雷达10进行无线连接，进而减少了连接导线带来的不变，对于类似于车顶负载激光雷达10的情况，能够降低导线过长导致的易断裂等问题的出现。

图5是本发明实施例提供的一种设备的结构示意图。如图5所示，设备20包括本发明任意实施例的激光雷达10以及本体30，激光雷达10安装于本体30上。

示例性的，继续参见图5，本体30可以为车辆，具体的，激光雷达10可以安装于车辆的顶部，可以理解的是，此时，安装平面为车顶。可以理解的是，在本实施例的其他实施方式中，本体30还可以为除车辆之外的其他部件，本实施例对此不作具体限定。

图6是本发明实施例提供的一种激光雷达安装角度的校准方法的流程示意图。该校准方法应用于本发明任意实施例的激光雷达，如图6所示，激光雷达安装角度的校准方法具体包括如下：

步骤11、倾角传感器检测激光雷达在安装平面上的安装角度。

步骤12、控制器根据安装角度以及扫描器发射出的激光束的目标倾角，获得扫描器的实际偏转角度，并生成携带实际偏转角度的驱动指令。

步骤13、驱动器根据驱动指令控制扫描器偏转实际偏转角度。

本实施例提供的技术方案，通过倾角传感器检测激光雷达在安装平面上的安装角度，控制器根据安装角度以及扫描器发射出的激光束的目标倾角，获得扫描器的实际偏转角度，并生成携带实际偏转角度的驱动指令，驱动器根据驱动指令控制扫描器偏转实际偏转角度，使得对于存在安装误差的激光雷达，控制器能够采用倾角传感器检测出的激光雷达的安装角度校正扫描器的偏转角度，进而扫描器偏转后发出的激光束在垂直于安装平面的方向上的倾角能够等于目标倾角，实现对激光雷达安装误差的自动补偿，无人工消耗工时短，且测量及调试精度较高。

图7是本发明实施例提供的又一种激光雷达安装角度的校准方法的流程示意图。在图6所示激光雷达安装角度的校准方法的基础上，倾角传感器检测激光雷达在安装平面上的安装角度之前还可以包括：控制器通过通信接口接收从外部输入的目标倾角，具体的，如图7所示，本实施例提供的激光雷达安装角度的校准方法具体包括如下：

步骤21、控制器通过通信接口接收从外部输入的目标倾角。

步骤22、倾角传感器检测激光雷达在安装平面上的安装角度。

步骤23、控制器根据安装角度以及扫描器发射出的激光束的目标倾角，获得扫描器的实际偏转角度，并生成携带实际偏转角度的驱动指令。

步骤24、驱动器根据驱动指令控制扫描器偏转实际偏转角度。

在本实施例中，生成携带实际偏转角度的驱动指令之前还可以包括：控制器比较实际偏转角度与预设角度的大小关系；控制器确定实际偏转角度小于或等于预设角度时，执行生成携带实际偏转角度的驱动指令的操作。

可选的，控制器确定所述实际偏转角度大于所述预设角度时，生成并输出报警信息。

下面给出一种激光雷达安装角度的校准方法的具体实施过程：操作人员从外部控制单元输入目标倾角，该目标倾角通过通信接口传输至控制器，控制器控制倾角传感器开始进行安装角度的检测，倾角传感器检测激光雷达的安装角度，并将检测到的安装角度传输给控制器，控制器根据该安装角度和目标倾角计算获得扫描器的实际偏转角度，比较实际偏转角度与预设角度的大小关系，并在确定实际偏转角度小于或等于预设角度时，生成携带该实际偏转角度的驱动指令，驱动器根据该驱动指令控制扫描器偏转上述实际偏转角度。此外，控制器确定实际偏转角度大于预设角度时，生成报警信息，并将报警信息从通信接口输出至外部控制单元。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (12)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括：

倾角传感器、控制器、驱动器以及扫描器；

其中，所述倾角传感器、所述控制器、所述驱动器和所述扫描器依次串联；

所述倾角传感器用于检测所述激光雷达的安装角度；

所述控制器用于根据所述安装角度以及所述扫描器发射出的激光束的目标倾角获得所述扫描器的实际偏转角度，并生成携带所述实际偏转角度的驱动指令；

所述驱动器用于根据所述驱动指令驱动所述扫描器偏转所述实际偏转角度。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述控制器还用于比较所述实际偏转角度与预设角度的大小，并在确定所述实际偏转角度小于或等于所述预设角度时，执行所述生成携带所述实际偏转角度的驱动指令的操作。

3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述控制器还用于在确定所述实际偏转角度大于所述预设角度时，生成并输出报警信息。

4.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，还包括通信接口，所述通信接口用于将从外部输入的所述目标倾角传输给所述控制器。

5.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述通信接口复用为所述激光雷达的网络接口。

6.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述通信接口为无线通信接口。

7.根据权利要求2或3所述的激光雷达，其特征在于，所述预设角度为10°。

8.一种设备，其特征在于，包括上述权利要求1-7任一项所述的激光雷达，以及本体，所述激光雷达安装于所述本体上。

9.一种激光雷达安装角度的校准方法，应用于上述权利要求1-7任一项所述的激光雷达，其特征在于，包括：

所述倾角传感器检测所述激光雷达在安装平面上的安装角度；

所述控制器根据所述安装角度以及所述扫描器发射出的激光束的目标倾角，获得所述扫描器的实际偏转角度，并生成携带所述实际偏转角度的驱动指令；

所述驱动器根据所述驱动指令控制所述扫描器偏转所述实际偏转角度。

10.根据权利要求9所述的校准方法，其特征在于，所述生成携带所述实际偏转角度的驱动指令之前，还包括：

所述控制器比较所述实际偏转角度与所述预设角度的大小关系；

所述控制器确定所述实际偏转角度小于或等于所述预设角度时，执行生成携带所述实际偏转角度的驱动指令的操作。

11.根据权利要求10所述的校准方法，其特征在于，还包括：

所述控制器确定所述实际偏转角度大于所述预设角度时，生成并输出报警信息。

12.根据上述权利要求9所述的校准方法，其特征在于，所述倾角传感器检测所述激光雷达在安装平面上的安装角度之前，还包括：

所述控制器通过所述通信接口接收从外部输入的所述目标倾角。